JP5500976B2

JP5500976B2 - 撮像レンズ系

Info

Publication number: JP5500976B2
Application number: JP2009295033A
Authority: JP
Inventors: 健白崎
Original assignee: Ricoh Optical Industries Co Ltd
Current assignee: Ricoh Optical Industries Co Ltd
Priority date: 2009-12-25
Filing date: 2009-12-25
Publication date: 2014-05-21
Anticipated expiration: 2029-12-25
Also published as: JP2011133793A

Description

この発明は撮像レンズ系、特にセンシング用途に用いられる撮像レンズ系に関する。

車載カメラや監視カメラ、製造ラインの工程監視カメラ等、センシング用途の撮像装置に対する需要が増加しつつある。
このようなセンシング用途の撮像装置に用いられる撮像レンズ系は、センシング対象を物体として、その像を撮像素子の受光面上に結像させるものであるが、その使用状況に即して種々の特性が要求される。

センシング対象の像を適正に結像できる性能を有する必要がある。センシング用途の撮像装置は一般にカラー画像対応であり、撮像光学系は色収差、特に倍率の色収差が良好に補正されている必要がある。

センシング用途の撮像装置は、一般に、小型で目立たないことが好ましく、撮像装置をコンパクトに構成できるように撮像レンズ系自体も小型であることが好ましい。

昨今は特に、画素サイズが小さく画素数の多い撮像素子用の、高精細な光学系が求められている。

センシング用途の撮像装置は、屋外を始めとして環境変動の大きい状況で使用されることが多く、撮像光学系の光学性能が環境変動に対して安定していることが重要である。
このような撮像装置に用いられる撮像レンズ系としては、従来、例えば特許文献１〜４に記載のものが知られている。

この発明は、センシング用途の撮像装置に適し、耐環境性に優れ、良好な性能・小型化を実現できる新規な撮像レンズ系の実現を課題とする。

この発明の撮像レンズ系は、物体側から像側へ向かって、負の第１群、負の第２群、正の第３群、正の第４群、負の第５群、正の第６群および正の第７群を配し、第４群と第５群の間に開口絞りを有してなる（請求項１）。

請求項１記載の撮像レンズ系は、以下の如き特徴を有する。
即ち、第１群ないし第３群、第６群および第７群がそれぞれ単レンズ、第４群と第５群とが接合レンズである７群９枚構成であって、９枚のレンズは全てガラスで形成される。

第４群は、正レンズを物体側、負レンズを像側にして接合してなる接合レンズである。

第５群は、負レンズを物体側、正レンズを像側にして接合してなる接合レンズである。

第４群、第５群を構成する各接合レンズにおける、正レンズの材質のアッベ数が３９以上、負レンズの材質のアッベ数が３５以下である。

全系のｄ線に対する合成焦点距離：ｆ、第４群のｄ線に対する合成焦点距離：ｆ１、第５群のｄ線に対する合成焦点距離：ｆ２が、条件：
（１）２．５＜ｆ１／ｆ＜４．８
（２） −２９＜ｆ２／ｆ＜ −２
を満足する。

請求項１記載の撮像レンズ系は、Ｆナンバ：ＦＮｏ．、全系の焦点距離：ｆ、第１群の物体側面から像面までの距離：Ｌが、条件：
（３）ＦＮｏ． ≦ １．４
（４）３．５＜Ｌ／ｆ＜６．０
を満足することが好ましい（請求項２）。

また、請求項２記載の撮像レンズ系は、第６群のレンズの少なくとも１面が非球面であることが好ましい（請求項３）。

この発明の撮像レンズ系は、上記の如く、７群９枚構成で「９枚のレンズは全て、環境変化により形状や屈折率が実質的に変化しないガラス材料」で形成されているので、耐環境性に極めて優れており、環境変動の大きい状況下で使用される撮像装置に対して好適に使用することができる。

また、各レンズ群の構成を適切に選択することで、高精細で明るい小型なレンズ系が可能となる。特に、正の第３群により球面収差を良好に補正することができ、明るいレンズとすることができる。

また、撮像レンズは、接合面を含めて８面のレンズ面を用いて設計でき、所望の性能を実現可能としている。第４群と第５群とを接合レンズとすることにより、全長短縮の一要因としている。

第４群、第５群は接合レンズであるが、第４群は物体側の正レンズ、像側の負レンズを接合して正の屈折力を与え、第５群は物体側の負レンズと像側の正レンズを接合して負の屈折力を与えている。

このように、請求項１記載の撮像レンズでは、第４群は物体側から正・負のレンズを接合し、第５群は部一体側から負・正のレンズを接合し、絞りに近接する第４群、第５群のレンズの配列が正・負・負・正と「絞りに対して対称」となっている。

このように、正の屈折力を持つ第４群に対し、負の屈折力を持つ第５群を組み合わせ、また、接合レンズの屈折力配分を「絞りに対して対称」とすることにより、倍率の色収差に対する補正能力を高め、さらに、これら接合レンズにおける正レンズの材質のアッベ数を３９以上、凹レンズの材質のアッベ数を３５以下とすることにより、後述の実施例のように、色収差をきわめて良好に補正することが可能となっている。

また、条件（１）、（２）を満足することにより、良好な性能を確保できるようにしている。

条件（１）は、第４群の正の屈折力の適正な範囲を規定する条件である。

条件（１）のパラメータ：ｆ１／ｆが上限値を超えると、第４群の正の屈折力が相対的に弱くなり、収差のバランスをとり難くなる。また、第４群の屈折力が弱くなりすぎて、撮像レンズ系全長の短縮化が難しくなる。

パラメータ：ｆ１／ｆが条件（１）の下限値を超えると、第４群の正の屈折力が相対的に強くなり、やはり収差のバランスをとり難くなる。
条件（２）は、第５群の負の屈折力の適正な範囲を規定する条件である。

条件（２）のパラメータ：ｆ２／ｆが上限値を超えると、第５群の負の屈折力が相対的に強くなり、収差のバランスをとり難くなる。また、第５群の負の屈折力が強くなりすぎて、撮像レンズ系全長の短縮化が難しくなる。

パラメータ：ｆ２／ｆが条件（２）の下限値を超えると、第５群の負の屈折力が相対的に弱くなり、やはり収差のバランスをとり難くなる。
条件(１)、(２)の各パラメータが、これら条件（１）、（２）の上限・下限値を超えると、特に球面収差とコマ収差、色収差の補正が難しくなる。
高精細で明るいレンズ（例えば「ＦＮｏ．＜１．４」）にする場合、レンズ口径が大きくなって全長も長くなり、また球面収差が大きくなるため、性能保障可能な有効深度幅は狭くなる。従って、球面収差や軸上色収差を「より良好に補正」することが必要となる。条件（１）、（２）を満足することで、高精細でＦＮｏ．が小さい小型の撮像レンズの実現が可能になる。

第４群は、正の屈折力を有し「物体側からの光束を絞りに向けて絞り込む作用」を有する。このように絞りこまれた光束を、第５群の負の屈折力により拡大したのち、第６群の正の屈折力により発散性を弱め、第７群の正の屈折力により像面に向かう光束の形態を整備する。

上記構成により、後述の実施例のように、条件（３）、（４）を実現できる。

請求項３のように、第６群の少なくとも１面に非球面を採用して、コマ収差、非点収差、歪曲収差を補正可能とすることにより、これらの収差補正に複数の球面レンズが必要なところを１枚のレンズで良好な性能を実現し小型にすることができる。

以上に説明したように、この発明によれば新規な撮像レンズ系を実現できる。この撮像レンズ系は、後述する実施例に示すように、性能良好であってしかもレンズ全長が短く・明るいレンズ系であり、耐環境性に優れており、センシング用途の撮像装置の撮像光学系として適している。

実施例１の撮像レンズ系のレンズ配置を示す図である。実施例２の撮像レンズ系のレンズ配置を示す図である。実施例３の撮像レンズ系のレンズ配置を示す図である。実施例４の撮像レンズ系のレンズ配置を示す図である。実施例５の撮像レンズ系のレンズ配置を示す図である。実施例１に関する収差図である。実施例２に関する収差図である。実施例３に関する収差図である。実施例４に関する収差図である。実施例５に関する収差図である。

以下実施の形態を説明する。
図１ないし図５は、撮像レンズ系の実施の形態を示している。これらの実施の形態は、後述する実施例１ないし５に関するものである。

繁雑を避けるため、混同の恐れがないと思われるものについては、図１ないし図３において同一の符号を付する。
図１ないし図５において、図の左側が物体側、右側が像側である。これら実施の形態の撮像レンズ系は、物体側から像側へ向かって、負の第１群Ｉ、負の第２群ＩＩ、正の第３群ＩＩＩ、正の第４群ＩＶ、負の第５群Ｖ、正の第６群ＶＩおよび正の第７群ＶＩＩを配し、第４群ＩＶと第５群Ｖの間に開口絞りＳを有してなる。
第１群Ｉ、第２群ＩＩ、第３群ＩＩＩ、第６群ＩＶ及び第７群ＶＩＩは、それぞれ単レンズ、第４群ＩＶと第５群Ｖとが接合レンズで、全体として７群９枚構成である。

これら第１ないし第７群ＩないしＶＩＩを構成する９枚のレンズは全てガラスで形成されている。

第４群ＩＶは、凸レンズを物体側、凹レンズを像側にして接合してなる接合レンズであり、第５群Ｖは、凹レンズを物体側、凸レンズを像側にして接合してなる接合レンズである。第４群ＩＶ、第５群Ｖを構成する各接合レンズにおける、凸レンズの材質のアッベ数が３９以上、凹レンズの材質のアッベ数が３５以下である。

後述の各実施例に示すように、全系のｄ線に対する合成焦点距離：ｆ、第４群のｄ線に対する合成焦点距離：ｆ１、第５群のｄ線に対する合成焦点距離：ｆ２が、条件：
（１）２．５＜ｆ１／ｆ＜４．８
（２） −２９＜ｆ２／ｆ＜ −２
を満足する。

また、Ｆナンバ：ＦＮｏ．、全系の焦点距離：ｆ、第１群の物体側面から像面までの距離：Ｌは、条件：
（３）ＦＮｏ． ≦ １．４
（４）３．５＜Ｌ／ｆ＜６．０
を満足する。

図１ないし図５において、符号Ｆは、撮像素子のカバーガラスや各種フィルタを、光学的にこれらに等価な１枚の透明平行平板として仮想的に表したものである。

以下、具体的な実施例を５例挙げる。なお、各実施例のデータにおいて、長さの元を持つ量の単位は「ｍｍ」である。

「非球面」は、近軸曲率半径の逆数（近軸曲率）：Ｃ、光軸からの高さ：Ｈ、円錐乗数：ｋ、非球面係数：Ａ〜Ｆを用いて、周知の次式で表現される。

Ｘ＝ＣＨ^２／［１＋√（１−（１＋Ｋ）Ｃ^２Ｈ^２）］
＋Ａ・Ｈ^４＋Ｂ・Ｈ^６＋Ｃ・Ｈ^８＋Ｄ・Ｈ^１０＋Ｅ・Ｈ^１２＋Ｆ・Ｈ^１４。

「実施例１」
実施例１は、図１に示すレンズ構成のものである。
ｆ＝５．８ＦＮｏ．＝１．４ｆ１／ｆ＝２．６４ｆ２／ｆ＝−７．４９
Ｌ／ｆ＝４．３１
実施例１に関するデータを以下の表１に示す。
表１における「面」とあるのは、物体側から数えた面番号であり、開口絞りＳの面およびフィルタＦの物体側面を含む。他の実施例においても同様である。長さの元を持つものの単位はｍｍである。

「非球面」
非球面は、上記表１のデータにおいて「※」印を付した面である。以下の実施例２〜５
においても同様である。

非球面のデータを表２に示す。

非球面の標記において例えば「9.66E-05」は、「9.66×10^-5」を意味する。以下においても同様である。

「実施例２」
実施例２は、図２に示すレンズ構成のものである。

ｆ＝４．６４Ｆｎｏ．＝１．４ｆ１／ｆ＝３．５５ｆ２／ｆ＝−４．２３
Ｌ／ｆ＝４．９６
実施例２のデータを表３に示す。

「非球面」
非球面のデータを表４に示す。

「実施例３」
実施例３は、図３に示すレンズ構成のものである。

ｆ＝５．８Ｆｎｏ．＝１．４ｆ１／ｆ＝３．１５ｆ２／ｆ＝−２５．３７
Ｌ／ｆ＝４．３１
実施例３のデータを表５に示す。

「非球面」
非球面のデータを表６に示す。

「実施例４」
実施例４は、図４に示すレンズ構成のものである。

ｆ＝５．８Ｆｎｏ．＝１．４ｆ１／ｆ＝２．９２ｆ２／ｆ＝−３．０４
Ｌ／ｆ＝４．３１
実施例４のデータを表７に示す。

「非球面」
非球面のデータを表８に示す。

「実施例５」
実施例５は、図５に示すレンズ構成のものである。

ｆ＝５．８Ｆｎｏ．＝１．４ｆ１／ｆ＝４．６５ｆ２／ｆ＝−６．２９
Ｌ／ｆ＝４．３１
実施例５のデータを表９に示す。

「非球面」
非球面のデータを表１０に示す。

図６〜図１０に順次、実施例１〜５に関する収差図を示す。これらの図において（ａ）は左から球面収差・非点収差・歪曲収差を表し、（ｂ）は「横収差」を表している。これら収差図から明らかなように、実施例１ないし５とも倍率色収差をはじめとして各収差とも良好に補正されて、良好な性能を実現している。

また、第１群の物体側面から像面までの距離：Ｌは何れも２５ｍｍ以下である。

Ｉ第１群
ＩＩ第２群
ＩＩＩ第３群
ＩＶ第４群
Ｓ開口絞り
Ｖ第５群
ＶＩ第６群
ＶＩＩ第７群

特開２００９−０８６６４４号公報特開２００３−２４１０８４号公報特開２００８−１１６７９４号公報特開２００５−３１６２０８号公報

Claims

物体側から像側へ向かって、負の第１群、負の第２群、正の第３群、正の第４群、負の第５群、正の第６群および正の第７群を配し、第４群と第５群の間に開口絞りを有してなり、第１群ないし第３群、第６群および第７群がそれぞれ単レンズ、第４群と第５群とが接合レンズである７群９枚構成であって、９枚のレンズは全てガラスで形成され、
第４群は、正レンズを物体側、負レンズを像側にして接合してなる接合レンズであり、
第５群は、負レンズを物体側、正レンズを像側にして接合してなる接合レンズであり、
上記第４群、第５群を構成する各接合レンズにおける、正レンズの材質のアッベ数が３９以上、負レンズの材質のアッベ数が３５以下であり、
全系のｄ線に対する合成焦点距離：ｆ、第４群のｄ線に対する合成焦点距離：ｆ１、第５群のｄ線に対する合成焦点距離：ｆ２が、条件：
（１）２．５＜ｆ１／ｆ＜４．８
（２） −２９＜ｆ２／ｆ＜ −２
を満足することを特徴とする撮像レンズ系。
請求項１記載の撮像レンズ系において、
Ｆナンバ：ＦＮｏ．、全系の焦点距離：ｆ、第１群の物体側面から像面までの距離：Ｌが、条件：
（３）ＦＮｏ． ≦ １．４
（４）３．５＜Ｌ／ｆ＜６．０
を満足することを特徴とする撮像レンズ系。
請求項２記載の撮像レンズ系において、
第６群のレンズの少なくとも１面が非球面であることを特徴とする撮像レンズ系。